钴基合金耐磨层堆焊工艺攻关

钴基合金耐磨层堆焊工艺攻关

随着企业的发展，产品质量不断提升。公司生产的金属硬密封阀门的密封层要求有较高硬度值，同时应具备良好的抗擦伤、耐腐蚀、耐冲击性能。为了满足产品要求，公司对密封层合金及堆焊工艺进行了优化。

（一）焊接材料

STELLITE6合金属于Co-Cr-W-C硬质合金系列，该合金系列基体为面心立方结构的Co-Cr合金固溶体，由于有相当数量的富铬碳化物（M2C3型）析出，故有良好的金属-金属耐摩擦及耐磨料磨损性能。合金硬度随W、C含量的增加而升高。该类合金的强度和硬度可保持到800℃以上，具有良好的耐高温、抗氧化、耐腐蚀及气蚀性能。该合金系列中，STELLITE6是使用最广泛的一种，C、W含量适中，韧性较好，符合AWS/SFA 5.13 ECOCR-A标准。

表1 STELLITE6合金化学成分（质量分数）（%）

熔敷金属硬度常温下为38～44HRC。主要用于高温、耐磨及耐腐蚀的工况条件下，并且要求保持良好性能的场合。例如发动机气门、高温高压阀门、涡轮机叶片等。所以STELLITE6是一种理想的堆焊材料。

（二）焊接方法

尽量降低稀释率是安排堆焊工艺的重要出发点。为了获得预想的表面堆焊成分，必须尽量减少母材向焊缝的熔入量，即降低稀释率。

表2 公司常用堆焊方法的主要特点

比较表2中几种焊接方法后，钨极氩弧焊是最合适的堆焊方法，稀释率较低，熔敷率较高。虽然熔化极气体保护焊熔敷率最高，可以提升工作效率，但是STELLITE6类型的焊丝价格较贵，且途径主要依靠进口，增加了成本。

（三）预热堆焊工艺

钴基合金焊丝，堆焊后硬度达到38～44HRC ，韧性很差，由于母材和堆焊层膨胀系数不一样，在焊后、热处理及使用过程用，堆焊层产生过大的热应力和组织应力，从而使堆焊层开裂甚至剥离。所以焊接前必须预热，根据工件的大小和母材种类，一般预热温度在300～600℃之间。但是在实际操作之中，工人工作环境恶劣，难以用一个较好心态完成堆焊工作，导致质量不能保证，机械加工后表面PT 检查仍有较多数量的不合格缺陷。加上将工件整体升温，使制造成本升高。不预热或者较低温度预热的情况下堆焊STELLITE6成为了本次工艺攻关重点项目。

（四）不预热堆焊工艺

根据公司产品特性，结合焊接工艺评定要求，确定了工艺方案及攻关试块。

图1 不预热工艺攻关试块

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试块材质与母材材质一样，均为18-8型号奥氏体不锈钢06Cr19Ni10，尺

寸为500mm×200mm，厚度30mm，在试块上分别加工2mm、4mm、6mm、8mm四种不同深度的堆焊凹槽，加工凹槽后经过100%PT检测合格，确保堆焊基面质量。为了减少试板堆焊后的变形量，控制焊接残余应力，堆焊前在试板堆焊的背面点焊上了防变形工艺筋板。

表3 不预热堆焊工艺主要参数及试验结果

表3数据显示，即使在没有预热的情况下，当堆焊层数为1层时，表面PT 探伤检测情况优秀，硬度值也满足公司产品使用要求，但是堆焊层超过1层时，表面PT探伤检测存在一定数量的线性缺陷，不符合质量要求。由于公司光谱仪设备不能检测钴基合金的化学成分，无法得知堆焊层金属的化学成分，但是基层母材金属为不锈钢，堆焊层肯定也具备耐腐性能。

（五）攻关结论

对于采用钨极氩弧焊不预热堆焊STELLITE6合金（只能堆焊1层，约2mm厚）是可行的。但是必须说明的是，试块的热循环与工件的热循环是存在着较大差异的，特别是对于冷裂纹倾向较大的堆焊金属，试块的结论不能代表工件的堆焊的结果，还需要在工件实际堆焊的过程中摸索经验。

对于刚性较差的工件，还要考虑焊接变形引起的加工余量不足的情况。

湖北洪城通用机械有限公司工艺处

2018年06月18日